何川教授Nature子刊揭示调控新机制

【字体: 时间:2011年10月19日 来源:生物通

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  近日来自来自美国芝加哥大学、中国科学院北京基因组研究所及英国伦敦癌症研究所的研究人员组成的一个国际小组在新研究中证实RNA 中的6甲基腺嘌呤(m6A)是肥胖相关蛋白FTO的主要作用底物,这一研究发现为揭示肥胖发生机制提供了重要的线索。

  

生物通报道  近日来自来自美国芝加哥大学、中国科学院北京基因组研究所及英国伦敦癌症研究所的研究人员组成的一个国际小组在新研究中证实RNA 中的6甲基腺嘌呤(m6A)是肥胖相关蛋白FTO的主要作用底物,这一研究发现为揭示肥胖发生机制提供了重要的线索,相关研究论文于10月16日在线发表在国际学术期刊《自然化学生物学》(Nature Chemical Biology)上。

领导这一研究的是国际著名的华人化学生物学家何川教授,其早年毕业于中国科学技术大学化学系,先后获得麻省理工学院及哈佛大学的博士和博士后学位。2002年起执教芝加哥大学,现为芝加哥化学系终身教授。其主要从事生物无机化学、化学生物学、催化方面的研究。迄今为止,在Nature、Science等国际权威学术期刊上发表论文70余篇。

当前,肥胖已成为人类面临的一个严重的公共健康问题。全球约有16亿成年人面临着超重,4亿人患有肥胖症。在中国成人超重和肥胖率分别是32.1%和9.9%。肥胖不但会导致2型糖尿病、心血管疾病、癌症等诸多疾病,还会使人早逝。有数据表明,肥胖者早逝的危险是非肥胖者的1.3—2倍。治疗肥胖的关键是找到肥胖相关基因。全基因组关联研究已发现超过600个基因位点与肥胖发生相关。其中, FTO因其在大量不同人群中被证实与肥胖紧密相关,被定义为第一个肥胖基因。通过序列比对,研究人员发现FTO具有大肠杆菌AlkB加双氧酶家族的去甲基化酶活性的功能结构域。FTO基因敲除和过表达小鼠模型均表现出体重改变和脂肪组织异常等现象。但从FTO被发现至今,其作用机制尚未报道。

在这篇文章中,研究人员通过体外模拟生理环境下的去甲基化反应条件,将FTO的野生型和突变型蛋白分别与甲基化底物共同孵育,利用质谱和高效液相技术,对多种甲基化形式进行探索,最终发现FTO对单链RNA上的m6A具有去甲基化功能。同时,体内实验验证,在FTO基因敲除细胞中mRNA中的m6A水平升高;相反,在FTO过表达细胞中mRNA中的m6A水平降低;而m6A甲基化酶METTL3的表达均未受到影响。免疫荧光实验证实FTO存在于细胞核中,且与编码RNA加工相关的核散斑体(nuclear speckles,生物通译)显示了部分共定位。表明FTO有可能通过调控mRNA上m6A甲基化的逆转参与了mRNA加工。

6甲基腺嘌呤(m6A)是在哺乳动物及其他生物物种中普遍存在的一种mRNA甲基化形式,平均每一条mRNA含有3-5个。尽管科学家们猜测这种RNA甲基化修饰有可能在生物体中发挥了极其重要的作用,然而一直却无法确定其确切的功能。“我们第一次证实这种甲基化修饰受到了肥胖相关蛋白FTO的调控,并在维持人类能量动态平衡中发挥关键性的作用,”何川教授说。

剑桥大学代谢研究实验室主任、临床生物化学教授Stephen O'Rahilly高度评价了这一研究发现:“新研究确定了肥胖相关基因FTO对m6A的去甲基化功能,这为研究者们研发出肥胖和治疗的候选靶标提供了重要的研究数据。”

此外,何川教授还表示:“在过去的十数年里,人们将DNA和组蛋白的表观遗传学修饰视为调控基因表达最重要的机制,并在生物学前沿领域开展了大量广泛的研究。而直到目前为止科学家们都只将RNA修饰作为一种微调控基因表达的机制。新研究印证了我们之前的猜测,表明RNA修饰有可能具有远比人们所认为的要大得多的遗传学影响。这或将意味着一个新研究领域——RNA表观遗传学之门的开启。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

N6-Methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO

We report here that fat mass and obesity-associated protein (FTO) has efficient oxidative demethylation activity targeting the abundant N6-methyladenosine (m6A) residues in RNA in vitro. FTO knockdown with siRNA led to increased amounts of m6A in mRNA, whereas overexpression of FTO resulted in decreased amounts of m6A in human cells. We further show the partial colocalization of FTO with nuclear speckles, which supports the notion that m6A in nuclear RNA is a major physiological substrate of FTO.

作者简介:

何 川教授

1994年毕业于中国科学技术大学化学系,2000年获麻省理工学院博士学位,2000—2002年在哈佛大学做博士后,2002年至今执教芝加哥大学化学系。主要从事生物无机化学、化学生物学、催化方面的研究。在病原体中耐药性及毒性的控制、蛋白质对金属离子选择性识别、DNA修复和金属催化等方面取得了卓越的成就。2000年至今,在Nature Chem. Biol.;Angew. Chem. Intl. Ed.;J. Am. Chem. Soc等权威性国际杂志上发表论文近五十篇。03年获得美国塞尔学者奖和研究创新奖,04年获得美国癌症研究青年科学家奖和凯克基金会医学研究杰出青年学者奖,05年获得斯隆研究奖和贝克曼青年科学家奖,06年获得“Camille Dreyfus”学者奖,07年获得CACPA杰出青年奖。

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